导读
最近，芬兰阿尔托大学科学家团队开发出一种量子电路制冷器，能够减少量子计算的错误，使之更加准确可靠。
关键字
量子位、量子计算机、冷却
背景
全球范围内，功能性量子计算机方面的研究和竞赛正在如火如荼地开展。John 之前也介绍过量子计算机方面的一些技术前沿技术进展，例如：
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《通用量子计算机领域的重要进展：“小型化量子位”技术》
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《IBM量子计算平台和云端量子处理器》
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《快十万倍！飞秒激光脉冲技术将带来超高速量子计算机》
5月3日，世界上首台超越早期经典计算机的光量子计算机，于上海亮相，首次成功实现十个超导量子位的纠缠，中国科学家再次站到了量子计算这一创新领域的最前沿！
未来，量子计算机能够完成以前的传统计算机无法完成的任务，在超级计算、信息处理、感知和建模、人工智能等方面，都会大显身手。
创新
（图片来源于：Mikko Raskinen/芬兰阿尔托大学）
然而，今天John要介绍的这项创新成果，和量子计算机的温度相关，更准确一点说是和冷却有关。它是在一种纳米级的制冷器，利用电压可控的电子隧道效应，对于超导谐振器进行直接冷却。
这项研究由芬兰阿尔托大学量子物理学家 Mikko Möttönen 领导团队开发，研究成果发表于《自然通信》杂志上。
冷却，可以减少量子计算机的运算错误。这项技术对于量子计算机来说，是一个新的转折点。
技术
首先，量子计算机和普通计算机的一个十分重要的区别就是：量子位。
对于普通的二进制计算机来说，存储信息用的是比特位（用0和1）。而对于量子计算机来说，用的是量子位（qubit），它用于表示量子信息。简单说，量子位是一个双态量子系统（如光子的偏振态、或电子的自旋态等等），而量子位的个数，也就是双态量子系统的个数。
但是，非常重要的关键点就是，一个量子位可能同时处于“既是0和又是1”的状态。量子比特的多功能性，有利于进行复杂计算，同时也使得它们对于外部扰动敏感。所以，在以前的一篇文章中《科学家使用反馈控制技术来稳定量子比特》，也将到了如何稳定量子位。
和计算机、处理器、智能手机等电子产品一样，热量也会对于量子计算机造成影响，所以冷却机制十分重要。
未来，我们将看到成千上万的量子位，会同时进行计算，而且有可能更多。所以，为了保证获取到正确结果，在计算开始时，必须对于每个量子比特进行复位。如果量子比特过热，它们就会无法进行初始化，因为它们在不同状态之间的切换会太频繁。
所以，Möttönen的研究小组针对这个问题，探索出了一种创新方案，他们采用了我们很容易想到的冷却措施：制冷器。但是，这并不是普通意义上像冰箱一样的制冷器，而是在量子电路中使用的制冷器。
下面这张图展示了：这个厘米级的硅芯片，具有两个并行的超导体振荡器，量子电路的制冷器和它有连接。
（图片来源于：Kuan Yen Tan/芬兰阿尔托大学）
研究人员通过让单独的电子穿过两纳米厚的绝缘体，对于如同量子位的超导谐振器进行了冷却。单独的电子能够从外部电压源获取的能量，相对较少，无法满足直接隧道效应的需求。这样，电子就会从附近的量子设备获取能量，使得这些设备损耗能量，并且冷却下来。同时，通过调整外部电压，可实现对于冷却的开关切换。
（图片来源于：参考资料【2】）
价值
这种纳米级的制冷器，使得大多数的电气量子设备可以迅速初始化，变得更加强大和可靠。它还有望在未来的超导量子计算机中，更加快速且准确的重置量子内存。
下一步，研究小组除了研究冷却谐振器外，还将会冷却实际的量子比特，另外还想利用制冷器进一步降低能够达到的最低温度，并且实现超快速的开关切换。
原文发布时间为：2017.09.22
本文作者：环球创新智慧
本文来源：今日头条，如需转载请联系原作者。
